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telequip: CT71; Curvetracer: Röhrenkennlinien messen

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Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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20.Jan.16 16:05
 
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Als Transistoren noch "neu" waren, gab es zum Messen von deren Kennlinien Meßgeräte, die mit "Curve Tracer" bezeichnet wurden. Beispiele sind von Telequipment der CT71 oder von Tektronix der 576. Es können jeweils die Kurven von zwei Halbleitern mit einander verglichen werden. Das war wichtig um z.B. gepaarte Leistungs-Transistoren zu finden.

Diese Curve Tracer sind geeignet zur Darstellung des Ausgangs-Kennlinienfeldes von Transistoren, also Ic über Uce im Falle von Bipolartransistoren.

Da sie in der Spannung bis 500V einstellbar sind, sind sie natürlich auch für die Messung des Ausgangs-Kennlinienfeldes einer Röhre geeignet.

Da Halbleiter i.a. nur 3 Pins haben, quasi "Trioden" sind und auch keine Heizung benötigen, muß man zur Messung von Röhren noch ein weiteres Netzgerät für die Heizspannung und für die Schirmgitterspannug zur Verfügung haben. 

Die weitere Beschreibung beschränkt sich nun auf den Curve Tracer CT71.

Zunächst wird das Blockschaltbild betrachtet.

Das "Device under Test" (DUT) ist im gestrichelten Rechteck dargestellt. Für den Zweck der Messung von Röhren ist der CT71 so einzustellen, daß er eine positive Spannung als "Collector Supply" für die Anode liefert und eine negative Spannung des "Step Generator" als Gittervorspannung.

Die "Collector Supply" Spannung als Anodenspannung wird von 0V an kontinuierlich bis zur eingestellten Maximalspannung hochgefahren. Dann gibt der "Step Generator" den nächsten Wert für die Gitterspannung ab und die Anodenspannung wird wieder hochgefahren. Dies erfolgt so schnell, daß auf dem Oszillographenschirm ein stehendes Bild erscheint, in dem alle Kennlinien für die verschiedenen Gitterspannungen "gleichzeitig" zu sehen sind.

Im "Current Sensing Resistor" wird (anscheinend) der Kathoden-Strom gemessen und über der Anodenspannung angezeigt. Man will aber den Anoden-Strom messen. Wie läßt sich dieses Problem lösen?

Die Lösung besteht darin, daß für die Bereitstellung der Schirmgitter-Spannung ein Netzgerät verwendet wird, das eine "erdfreie" Spannung zur Verfügung stellt. Das heißt, die negative Anschlußklemme dieser Spannung darf nicht mit "Masse" verbunden sein, andernfalls wäre z.B. über die Schuko Netzerdung die Minusklemme des Netzgerätes mit der Masse des Curve Tracers verbunden. Dann würde in der Tat auch der Schirmgitter-Strom der Röhre über den "Sensing Resistor" fließen, wodurch dann kein Ug1/Ia Kennlinienfeld einer Pentode oder einer Tetrode darstellbar wäre.

Wo also wird die Minusklemme des Netzgerätes also angeschlossen? Wenn man sich den Curve Tracer genauer betrachtet, ist die Lösung dieser Fage einfach.

Wenn an der Mitte der Frontseite der Adapter zur Messung der Transistoren abgenommen wird, erkennt man 4mm Buchsen mit der Bezeichnung "E", "B" und "C". Es gibt eine Buchse "E", aber je zwei "B" und "C". Dadurch kann man mit dem Kippschalter darüber zwischen einem linken und einem rechten Testobjekt umschalten (Mittenstellung: "OFF").

Man wählt die Buchse "E" als Bezugspunkt für die Minusklemme des Netzgerätes, womit dann sicher gestellt ist, daß der Schirmgitterstrom nicht über den "Sensing Resistor" fließen muß.

Für die Messung von Röhren ist eine Adapterbox zweckmäßig, auf der die gängisten Fassungen für Röhren montiert sind. Aus Platzgründen werden nicht alle denkbaren Röhrenfassungen darauf Platz haben. Für seltenere Fälle kann man sich dann mit Zwischen-Sockeln behelfen.

Ein Beispiel für eine solche Adapterbox zeigt die Anordnung der Fassungen und deren Verdrahtung.

Bei der Verdrahtung ist deutlich zu erkennen, daß einzelne Leitungen eine Ferrit-Dämpfungsperle tragen. Das ist ein wichtiges Feature, damit steile Röhren keine "wilden Schwingungen" produzieren.

Das Problem mit "wilden Schwingungen"

Die mir zur Verfügung stehende Box hatte zunächst keine solchen Dämpfungsperlen.

Bei der Messung des Ausgangskennlinienfeldes der ECLL800 zeigten sich auch promt Probleme mit "wilden Schwingungen".

Bei einer Schirngitterspannung von 160V (statt nominell 250V) konnte für das System 1 der ECLL800 (Steuergitter Pentode gemeinsam mit Steuergitter Triode) das folgende Kennlinienfeld gemessen werden.

Das sieht "ganz normal" aus. Aber das Kennlinienfeld des Systems 2 ließ sich nicht mehr darstellen.

Man sieht hier, wie die "wilden Schwingungen" einsetzen, sobald bei geringer werdender Gittervorspannung die Anodenspannung ansteigt. Der Anodenstrom steigt dann sehr steil an.

Aber auch wenn im Kennlinienfeld Unregelmäßigkeiten auftreten, ist das ein Anzeichen für die Gefahr von "wilden Schwingungen", wie im nächsten Beispiel, das mit einer Schirmgitterspannung von 60V aufgenommen wurde.

Um die Messungen durchführen zu können, war es notwendig, die Fassungsbox neu zu verdrahten und (ausreichend) mit Ferrit-Dämpfungsperlen zu vershen.

Außer den Ferritperlen über den Leitungen wurden zusätzliche Dämpfungs-Lochkerne (4 Löcher) zu den Anschlußbuchsen eingebaut.  Die Leitungen wurden als Ringleitungen geführt und die Farben (soweit es ging) dem Farbcode entsprechend gewählt.

Mit diesen Änderungen der Fassungs-Box lassen sich nun die Kennlinienfelder beider Systeme der ECLL800 bei Ug2 = 230V (statt 250V) einwandfrei darstellen.

Zunächst das System 1

Nun das System 2, das mit der ehemaligen Verdrahtung wilde Schwingungen machte.

Wie nun aus dem Vergleich der beiden Kurvenscharen zu erkennen ist, sind die Ausgangs-Kennlinien-Felder beider Systeme einwandfrei zu messen. Weiterhin ist zu sehen, daß die Kennlinien der beiden L-Systeme dieser ECLL800 sehr genau übereinstimmen.

Problem bei Doppel-Röhren mit gemeinsamem Schirmgitter

Die ECLL800 hat nur einen Pin für die gemeinsame Spannungsversorgung der Schirmgitter von System 1 und System 2.

Bei unvorsichtiger Vorgehensweise der Messung kann das zur Zerstörung des Schirmgitters des gerade nicht gemessenen Systems führen, wenn nicht dafür gesorgt wird, daß dort kein Schirmgitter-Strom fließen kann.

Um das zu belegen wurden entsprechende Messungen mit dem µ-Tracer durchgeführt. Der µ-Tracer mißt dabei mit zeitlich ganz kurzen Spannungs-Impulsen, so daß aufgrund der thermischen Trägheit des Schirmgitters dieses nicht zur Weißglut kommt, wie das bei einer kontinuierlichen Messung der Fall wäre. (Das ist ein echter Vorteil dieser Meßmethode.)

Die erste Meßreihe zeigt den Anodenstrom ("0" markiert, durchgezogene Linie) und den Schirmgitterstrom ("x" markiert und gestrichelt) für eine ELL80, deren Pentoden-Systeme exakt den Pentodensystemen der ECLL800 entsprechen.

Während sich die Meßergebnisse für den Anodenstrom (innerhalb der Meßgenauigkeit) decken, steigt der (für beide Systeme gemeinsame) Schirmgitterstrom sehr stark an, wenn das nicht gemessene andere System (dessen Anode ist nicht angeschlossen!) die gleiche Gittervorspannung (Ug1 = - 9V) erhält. Die Verlustleistung im Schrimgitter des nicht gemessenen Systems ist ähnlich hoch wie die Anodenverlustleistung des gemessenen Systems, also für das Schirmgitter eindeutig zu hoch.

Noch dramatischer (bis fast 60mA) steigt der Schirmgitterstrom für das nicht gemessene System an, wenn dessen Gitterspannung zu 0 Volt gewählt wird, oberste Kurve im nächsten Bild.

Falls so etwas im Fehlerfall auftritt, kann man die Drähte des Schirmgitters zunächst in Weißglut bestaunen, kurz bevor diese dann schmelzen und herunter tropfen.

Damit diese Panne bei der Messung mit dem Curve Tracer nicht entsteht, werden beide Steuer-Gitter über je 120kΩ mit einer Sperrspannung von - 35V aus einem separaten Netzgerät versorgt. Da der Innenwiderstand des Step Generators des Curve Tracers niederohmig ist, wird diese Sperrspannung für das jeweilg gemessene System "kurz geschlossen", so daß sie immer nur auf das gerade nicht gemessene System wirkt. In der Stellung "OFF" des Umschalters wirkt sie auf beide Systeme und sperrt so beide Schirmgitterströme.

Im Bild des Curve Tracers oben kann man die beiden Widerstände erkennen, die mit einer Lüsterklemme verbunden sind und die Krokodilklemme, über die die Sperrspannung eingespeist wird. Das kleine Netzgerät für die -35V steht rechts daneben.

MfG DR

  
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